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Die Erfindung betrifft ein Förderelement, beispielsweise eine Magnetkupplungspumpe oder z. B. eine Spaltrohrmotorpumpe, wobei das Förderelement eine Welle mit einer Durchgangsbohrung sowie ein laufradseitiges Gleitlager und ein laufradfernes Gleitlager aufweist, und wobei an der Welle ein erstes Treibelement angeordnet ist.
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Derartige Förderelemente in der beispielhaften Ausgestaltung als Magnetkupplungspumpen sind allgemein bekannt, und zum Beispiel in der
DE 10 2009 022 916 A1 beschrieben. Dabei wird die Pumpenleistung von einer Antriebswelle aus über einen Magnet tragenden Rotor (Außenrotor) berührungsfrei und im Wesentlichen schlupflos auf den pumpenseitigen Magnetträger (Innenrotor, erstes Treibelement) übertragen. Der Innenrotor bzw. das erste Treibelement treibt die Pumpenwelle an, welche in einer vom Fördermedium geschmierten Gleitlagerung, also in einer hydrodynamischen Gleitlagerung gelagert ist. Zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor, also zwischen den Außen- und den Innenmagneten liegt ein Spalttopf mit seiner zylindrischen Wand. Der Spalttopf ist mit seinem Flansch mit einer Pumpenkomponente, beispielsweise einem Gehäusedeckel verbunden, und weist gegenüberliegend dazu einen geschlossenen Boden auf. Der Spalttopf, also die Magnetkupplungspumpe trennt zuverlässig den Produktraum von der Umwelt, so dass die Gefahr eines Produktaustrittes mit allen damit verbundenen negativen Konsequenzen ausgeschlossen werden kann. Eine Magnetkupplungspumpe ist demnach die Kombination aus einer konventionellen Pumpenhydraulik mit einem magnetischen Antriebssystem. Dieses System nutzt die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen Magneten in beiden Kupplungshälften zur berührungslosen und schlupflosen Drehmomentübertragung. Besonders im Umgang mit sehr wertvollen oder sehr gefährlichen Stoffen birgt die Magnetkupplungspumpe demnach große Vorteile.
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Die
EP 0 814 275 B1 beschäftigt sich mit einem hydrodynamischen Gleitlager einer Magnetkupplungspumpe, welches als kombiniertes Axial- und Radiallager ausgebildet ist. Das Gleitlager der
EP 0 814 275 B1 weist zwei Lagerhülsen, zwei auf den Lagerhülsen gleitbare Lagerbüchsen, eine zwischen den Lagerhülsen angeordnete Distanzhülse und eine zwischen den Lagerbüchsen angeordnete Distanzbüchse auf. Die Lagerhülsen und -büchsen sind aus einem keramischen Werkstoff gebildet, wobei die Distanzhülse bzw. -büchse aus einem Metall gebildet ist.
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Um ein hydrodynamisches Gleitlager zu schaffen, welches kostengünstig herstellbar sein soll und so ausgeführt sein soll, dass jederzeit genügend Schmierung durch das zu fördernde Medium in das Gleitlager gelangt, schlägt die
EP 0 814 275 B1 vor, dass der Innendurchmesser der Lagerhülsen größer ist als der Innendurchmesser der Distanzhülse. Weiter schlägt die
EP 0 814 275 B1 vor, dass ein Teilstrom des Fördermediums das laufradferne Gleitlager passierend durch eine Durchgangsbohrung des inneren Magnetrotors in den Spalttopf geführt wird, von wo aus das Fördermedium in die Durchgangsbohrung der Welle gelangt, und in den Saugbereich der Pumpe zurückgeführt wird. Nachteilig bei dieser Ausgestaltung kann sein, dass die gewünschte Zwangsführung des Fördermediumteilstromes durch den inneren Magnetrotor in den Druckraum und von dort in die hohlgebohrte Welle nicht gegeben ist, wenn z. B. die entsprechenden Druckverhältnisse ungünstig sind. In einem solchen Fall könnte das durch die Magnetverlustleistung erwärmte Fördermedium entgegen der eigentlich vorgesehen (Zwangs) Strömungsrichtung durch den inneren Magnetrotor, bzw. durch dessen Durchgangsbohrung gegen das laufradferne Axiallagerelement gedrückt werden, so dass das betreffende, axialschubbelastete Axiallagerelement mit bereits erwärmten Teilfördermediumstrom geschmiert wird, was im schlimmsten Fall zu einem Lagerschaden führen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Förderelement, beispielsweise eine Magnetkupplungspumpe bzw. eine Spaltrohrmotorpumpe der Eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln zu verbessern bzw. zu schaffen, bei welchem stets eine sichere Kühlung und Schmierung mit Fördermedium gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Förderelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Gemäß der Erfindung wird ein Förderelement in der beispielhaften Ausgestaltung als Magnetkupplungspumpe oder Spaltrohrmotorpumpe vorgeschlagen, bei welchem in dem ersten Treibelement, also z. B. in dem inneren Magnetrotor zumindest ein Kanalsystem eingebracht ist, welches an zumindest einer, in der Durchgangsbohrung mündenden Verbindungsbohrung der Welle anschließt.
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Mit der Erfindung wird erreicht, dass das Fördermedium, welches unter anderem zur Schmierung der Gleitlager genutzt wird, von einer Stelle höchsten Druckes mittels des erfindungsgemäßen Kanalsystems und der Verbindungsbohrung zu einer Stelle niedrigen Druckes direkt in die Welle bzw. in deren Durchgangsbohrung geführt wird. Damit wird ausgeschlossen, dass erwärmtes Fördermedium aus dem Spalttopf zu dem laufradfernen Gleitlager gelangen kann; Denn das Kanalsystem ist im Zusammenspiel mit der Verbindungsbohrung zielführend so angeordnet und ausgeführt, dass das laufradferne Gleitlager, insbesondere dessen Axiallagerelement und Radiallagerelemente keine fluide Verbindung zum Kühlkreislauf zur Wärmeabfuhr der Magnetverlustleistung haben. Erst in der Durchgangsbohrung der Welle vermischen sich beide Fördermediumteilströmungen (Kühlströmung und Schmierströmungen) worauf werter unten noch eingegangen wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Kanalsystem in dem ersten Treibelement bzw. in dem inneren Magnetrotor einen im Querschnitt gesehen parallel zur Mittelachse der Welle verlaufenden, ersten Kanalabschnitt aufweist, der in einem winklig dazu angeordneten zweiten Kanalabschnitt übergeht, welcher in Richtung zum Außenumfang der Welle orientiert ist.
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Möglich ist, dass der erste Kanalabschnitt einen lichten Innendurchmesser aufweist, welcher größer ist als ein erster Teilabschnitt des zweiten Kanalabschnitts. Weiter bevorzugt ist, wenn der zweite Kanalabschnitt an seinem zur Welle orientierten Endbereich, also an seinem zweiten Teilabschnitt konusförmig ausgeführt ist, wobei sich der Endabschnitt bevorzugt konusförmig auf den lichten Durchmesserbetrag der Verbindungsbohrung verändert, beispielsweise erweitert. Insofern ist eine denkbare Ausgestaltung, wenn der erste Teilabschnitt des zweiten Kanalabschnittes einen geringeren lichten Durchmesser aufweist als der erste Kanalabschnitt, wobei sich der zweite Teilabschnitt des zweiten Kanalabschnittes bevorzugt auf den lichten Durchmesserbetrag der Verbindungsbohrung verändert, respektive sich konusförmig erweitern kann. Selbstverständlich liegt es im Sinne der Erfindung, wenn der zweite Kanalabschnitt über seine gesamte Erstreckung einen sich unverändernden Querschnitt aufweist, welcher bevorzugt dem lichten Durchmesser der Verbindungsbohrung bzw. dem lichten Durchmesser der wellenaußenseitigen Öffnung der Verbindungsbohrung entspricht.
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Die Verbindungsbohrung ist im Querschnitt gesehen winklig zur Mittelachse verlaufend in die Welle eingebracht, wobei die Verbindungsbohrung in bevorzugter Ausgestaltung mit ihrer Mittelachse senkrecht zur Mittelachse der Welle angeordnet ist, insofern kann die Verbindungsbohrung auch als Radialbohrung bezeichnet werden, welche sich im Sinn der Erfindung von dem Außenoberfläche der Welle radial ausgerichtet bis zu deren Durchgangsbohrung erstreckt.
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Das Förderelement bzw. die beispielhafte Magnetkupplungspumpe weist das erste Treibelement bzw. den inneren Magnetrotor und ein Lagergehäuse auf. Beide liegen mit korrespondierenden Oberflächen aneinander an, wobei natürlich ein Mediumspalt zwischen beiden Oberflächen (Trägeranlaufzone) vorgesehen ist, wobei eine Leckageströmung, also ein Teilstrom durch den Mediumspalt strömen kann. Insofern hat der Mediumspalt lediglich die Funktion eines Leckagespaltes, wobei weder eine Kühlung noch eine Schmierung unbedingt erforderlich ist. Das jeweilige Gleitlager weist Radiallagerelemente, also eine Lagerbuchse sowie eine Lagerhülse und das Axiallagerelement bzw. eine Lagerscheibe auf. Zwischen einander gegenüber liegenden Gleitflächen der Lagerbuchse und der Lagerhülse ist eine Schmiernut vorgesehen, welche in die Gleitfläche der Lagerbuchse eingebracht ist. Das Fördermedium gelangt sowohl durch die laufradferne Schmiernut an der Lagerscheibe vorbei strömend als auch durch den Mediumspalt zu dem erfindungsgemäßen Kanalsystem, wo sich beide Teilströme vereinigen.
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Des Weiteren weist das Förderelement bzw. die Magnetkupplungspumpe ein zweites Treibelement auf, welches auch als äußerer Magnetrotor bezeichnet werden kann. Zwischen beiden Magnetrotoren ist der Spalttopf angeordnet. Zur Wärmeabfuhr der Magnetverlustleistung wird ein Kühlmediumstrom genutzt, welcher innerhalb des Spalttopfes in den Kühlspalt einströmt und endseitig in den Bodenbereich des Spalttopfes, also in einem Druckraum mündet.
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Der Kühlmediumstrom ist nach passieren des Kühlspaltes selbstverständlich erwärmt, wobei mit der Erfindung vorteilhaft ein Strömung erwärmten Mediums aus dem Druckraum zu dem laufradfernen Gleitlager vermieden ist, wie bereits oben erwähnt, indem keine direkte Strömungsverbindung des laufradfernen Gleitlagers durch den inneren Magnetträger in den Druckraum besteht. Aus dem Druckraum gelangt der Kühlmediumstrom jedenfalls direkt in die Durchgangsbohrung der Welle und wird zur Saugseite des Förderelementes bzw. der Magnetkupplungspumpe gefördert. Die Strömung durch die hohlgebohrte Welle ist im Stand der Technik wohl bekannt.
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Um den Druck im gesamten Gleitlagerbereich zu erhöhen, ist zielführend vorgesehen, dass die laufradnahe Schmiernut in ihrem Verlauf in Richtung zu deren Austrittseite zur laufradnahen Lagerscheibe konisch ausgeführt ist, wobei sich die laufradnahe Schmiernut bevorzugt zur Austrittseite hin verjüngt. Dabei kann eine entsprechende Anpassung, also eine entsprechende konische Ausgestaltung lediglich der Oberfläche der laufradnahen Lagerbuchse ausreichen.
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Der Druck an dem Austritt der (laufradfernen) Schmiernut zwischen Lagerhülse und Lagerbuchse ist direkt abhängig von der Einspeisemenge in den Sammelraum, von wo aus die einzelnen Teilströme (Kühlmediumstrom, Schmierstrom) quasi abzweigen. Bei zunehmender Einspeisemenge erhöht sich der Staudruck an der (inneren) Stirnseite des inneren Magnetrotors, was zu einer Reduzierung des Axialschubes zur Saugseite führt, wobei das (laufradferne) Axiallagerelement, bzw. die (laufradferne) Lagerscheibe entlastet wird.
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Günstig ist auch, dass durch den Kühlspalt prozentual mehr Fördermedium strömt als durch den Mediumspalt. Um zu erreichen, dass der Teilstrom durch den Mediumspalt werter reduziert wird, wobei gleichzeitig der Kühlmediumstrom durch den Kühlspalt werter erhöht wird, was sogleich eine Druckreduzierung am Austritt des Mediumspaltes zur Lagerscheibe bewirkt, so dass der Schmiermediumstrom zur Schmierung des (laufradfernen) Gleitlagers über die Lagerscheibe strömend in das Kanalsystem in den niedrigen Druckbereich zwangsgeführt wird, ist zielführend vorgesehen, dass der Mediumspalt ein Strömungsveränderungselement, bevorzugt in der Ausgestaltung als Drosselelement aufweist. Mit dem Strömungsveränderungselement bzw. mit dem Drosselelement wird der Teilstrombetrag in dem Mediumspalt bzw. in der Trägeranlaufzone reduziert. Das Strömungsveränderungselement kann als Labyrinth ausgeführt sein, wobei zweckmäßiger Weise vorgesehen ist, die Nuten des Labyrinths in die entsprechende Oberfläche des Lagergehäuses, also in einem nicht rotierenden Bauteil einzubringen. Mit diesen Maßnahmen erhöht sich parallel auch der stirnseitige Druck, welcher auf die innere Stirnseite des inneren Magnetrotors wirkt, womit erreicht wird, dass die Teilstrommenge über den Kühlspalt, bzw. der Kühlmediumstrom, wie bereits erwähnt, erhöht wird, wodurch sich z. B. bei zu fördernden leichtsiedenden Medien der Wärmeeintrag in das Medium durch den größeren tangentialen Durchfluss durch den Kühlspalt reduziert. Des Weiteren kann mit der vorteilhaften Maßnahme der Axialschub der Pumpe besser kontrolliert werden, da der herrschende Druck auf die Stirnseite des inneren Magnetrotors vom Betrag her erhöht ist, wodurch das laufradferne Axiallagerelement bzw. die laufradferne Lagerscheibe entlastet wird.
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Selbstverständlich liegt es durchaus im Sinne der Erfindung, wenn nicht nur ein einziges Kanalsystem in dem ersten Treibelement bzw. in dem inneren Magnetrotor angeordnet ist, welches einen Strömungsweg für die besagten Teilströme durch die zugeordnete Verbindungsbohrung in die Durchgangsbohrung der Welle, unter Umgehung des Spalttopfdruckraumes zur Verfügung stellt. Denkbar ist, mehrere Kanalsysteme vorzusehen, welche in jeweils zugeordnete Verbindungsbohrungen münden. Beispielhaft können vier Kanalsysteme und vier Verbindungsbohrungen entsprechend in die betreffenden Komponenten eingebracht werden, wobei die Verbindungsbohrungen mit ihrer umfangsseitigen Mündungsöffnung umfangsmäßig gleich verteilt in die Welle eingebracht sind.
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Weiter liegt es im Sinne der Erfindung, dass die einzelnen Teilströme, des aus dem Bereich höchsten Druckes entnommenen Fördermediums quasi aus einem Sammelraum abzweigen, um so einerseits die Wärmeabfuhr der Magnetverlustleistung in dem Kühlspalt und andererseits die Leckageströmung in dem Mediumspalt bzw. die Schmierung in der laufradnahen und laufradfernen Schmiernut zu ermöglichen. Der Sammelraum ist von der inneren Stirnseite des inneren Magnetrotors, dem Spalttopf und dem Lagergehäuse begrenzt. Zielführend bei der Erfindung ist, dass insbesondere der Schmiermediumstrom des laufradfernen Gleitlagers über das Axiallagerelement, bzw. über die Lagerscheibe durch das Kanalsystem in einen niedrigen Druckbereich zwangsgeführt wird, ohne in den Druckraum des Spalttopfes zu strömen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:
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1 eine Magnetkupplungspumpe in einer Schnittdarstellung, und
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2 die Magnetkupplungspumpe aus 1 in einem Vergrößerten Teilausschnitt.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt ein Förderelement 1 in der beispielhaften Ausgestaltung als Magnetkupplungspumpe 1 mit einer Pumpenwelle 2, z. B. als Edelstahlwelle 2, welche ein Laufrad 3 trägt, und welche in einem hydrodynamischen Gleitlager 4 gelagert ist, wobei das hydrodynamische Gleitlager 4 von Fördermedium, aber auch mit einem anderen, produktverträglichen Fluid extern geschmiert werden kann.
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Die Magnetkupplungspumpe 1 weist ein laufradnahes Gleitlager 4a und ein laufradfernes Gleitlager 4b auf. Das jeweilige Gleitlager 4 weist eine Lagerhülse 6, eine Lagerbuchse 7 und ein Axiallagerelement 8 bzw. eine Lagerscheibe 8 auf, wobei im Folgenden als Zusatz zu dem betreffenden Bezugszeichen der Buchstabe a für die laufradnahe Komponente und der Buchstabe b für die laufradferne Komponente gewählt wird.
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Zwischen der jeweiligen Lagerbuchse 7 und der jeweiligen Lagerhülse 6 ist jeweils eine Schmiernut 9 (laufradnah) und 11 (laufradfern) angeordnet (2), welche in die Lagerbuchse 7 eingebracht ist. Die jeweilige Schmiernut 9 bzw. 11 kann mit einem verrundeten Verlauf ausgeführt sein, welcher eine, bezogen auf eine Mittelachse der Lagerbuchse 7 von dieser wegorientierten Wölbung aufweist, also bevorzugt konvex ausgeführt ist. Ein Lagergehäuse 12 ragt mit einem Fortsatz 13 in den Zwischenraum der einander gegenüberliegenden Lagerbuchsen 7. Der Fortsatz 13 ist in Radialrichtung gesehen zu einer Distanzhülse 14 beabstandet, sodass eine Schmiertasche 16 (2) gebildet ist.
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Die Welle 2 trägt ein drehfest mit dieser verbundenes erstes Treibelement 17, welches im Folgenden als innerer Magnetrotor 17 bezeichnet wird. Der innere Magnetrotor 17 übergreift das Lagergehäuse 12 abschnittsweise, so dass eine so genannte Trägeranlaufzone 18 gebildet ist, in welcher ein Mediumspalt 19 (2) angeordnet ist. Der Mediumspalt 19 ist also zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen des Lagergehäuses 12 und des inneren Magnetrotors 17 angeordnet.
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Der innere Magnetrotor 17 steht in Wirkverbindung mit einem, angetriebenen zweiten Treibelement 21, welches im Folgenden als äußerer Magnetrotor 21 bezeichnet wird. Zwischen beiden Magnetrotoren 17 und 21 ist ein Spalttopf 22 angeordnet, welcher gegenüberliegend zum Laufrad 3 einen Boden aufweist, so dass ein Druckraum 23 gebildet ist. Zwischen dem Spalttopf 22 und den Inneren Magnetrotor 17 ist ein Kühlspalt 24 angeordnet, welcher in den Druckraum 23 mündet.
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In der Welle 2 ist eine Durchgangsbohrung 26 eingebracht, welche zum Druckraum 23 hin geöffnet ist. Gegenüberliegend weist die Durchgangsbohrung 26 eine mediummäßige Verbindung bzw. ein weiteres Kanalsystem zum Laufrad 3 der beisplelhaften Magnetkupplungspumpe 1 auf.
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Die beispielhafte Magnetkupplungspumpe 1 ist an sich bekannt, weswegen diese nicht näher beschrieben ist.
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Die Erfindung zielt auf die vorteilhafte Teilstromführung zur Kühlung und Schmierung der Magnetkupplungspumpe 1 z. B. mit Fördermedium.
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Das Fördermedium wird an einer Stelle höchsten Druckes 27 (welche in 2 lediglich beispielhaft gezeigt sein soll) entnommen und über eine Bohrung 28 durch den Gehäusedeckel 29 in eine Sammeltasche 31 geleitet. Die Sammeltasche 31 wird einerseits von einem Teilabschnitt des Spalttopfes 22, einem Teilabschnitt des Lagergehäuses 12 und der laufradnahen Stirnseite 32 des inneren Magnetrotors 17 gebildet.
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Der in die Sammeltasche 31 geführte Mediumstrom (Gesamteinspeisemenge, Pfeil 33) wird in einen Kühlmediumstrom (Pfeil 34) und einen Schmiermediumstrom (Pfeil 36) aufgeteilt. Der Kühlmediumstrom 34 strömt mit einem Teilstrom 37 durch den Kühlspalt 24 in den Druckraum 23, und wird mit einem zweiten Teilstrom 38, also mit einem Leckagestrom 38 über den Mediumspalt 19 geleitet. Der Schmiermediumstrom 36 wird über eine Bohrung 39 in dem Lagergehäuse 12 aus der Sammeltasche 31 zu der Schmiertasche 16 geleitet, in welcher die Eingangsseiten der beiden Schmiernuten 9 und 11 münden.
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Zielführend ist bei der Erfindung vorgesehen, dass in dem inneren Magnetträger 17 laufradfern zumindest ein Kanalsystem 41 angeordnet ist, welches in einer, in der Welle 2 angeordneten Verbindungsbohrung 42 mündet. Die Verbindungsbohrung 42 erstreckt sich mit ihrer Mittelachse wie beispielhaft dargestellt senkrecht zur Mittelachse der Welle 2, und mündet in der Durchgangsbohrung 26 der Welle 2. Mit ihrer anderen Öffnung endet die Verbindungsbohrung 42 an dem Außenumfang der Welle 2.
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Das Kanalsystem 41 weist zwei Kanalabschnitte 43 und 44 auf. Ein erster Kanalabschnitt 43 erstreckt sich im Querschnitt gesehen beispielhaft parallel zur Mittelachse der Welle 2, und geht in den zweiten Kanalabschnitt 44 über, der in einem ersten Teilabschnitt 46 zunächst einen bezogen auf den ersten Kanalabschnitt 43 geringeren, lichten Durchmesser aufweisen kann. Der erste Teilabschnitt 46 geht in einen zweiten Teilabschnitt 47 über, welcher konusförmig ausgeführt sein kann. In möglicher Ausgestaltung erweitert sich der zweite Teilabschnitt 47, bzw. der Endabschnitt des zweiten Kanalabschnittes 44 im Querschnitt gesehen einseitig konisch auf den Durchmesserbetrag der Verbindungsbohrung 42. In 2 ist eine bevorzugte Ausgestaltung des zweiten Kanalabschnittes 44 dargestellt, welcher in seinem beiden Teilabschnitten 46 und 47 jeweils einen durchgehend gleich bleibenden Querschnitt aufweist, welcher bevorzugt dem lichten Durchmesser der Verbindungsbohrung 42 entspricht. Der zweite Kanalabschnitt 44 erstreckt sich mit seinen beiden Teilabschnitten 46 und 47 beispielhaft als radial ausgerichtete Bohrung bzw. Tasche bis zum Innenumfang des inneren Magnetträgers 17, und schließt an die Verbindungsbohrung 42 an, so dass ein Strömungsweg auch für den Teilstrom aus dem Gleitlager 4b heraus, den Druckraum 23 umgehend direkt in Durchgangsbohrung 26 gebildet ist. Wie der 2 entnehmbar ist, kann nicht nur lediglich eine Verbindungsbohrung 42 vorgesehen werden. Vielmehr können mehrere, beispielsweise vier Verbindungsbohrungen 42 (von denen in 2 drei erkennbar angedeutet sind) vorgesehen werden, so dass auch entsprechend vier Kanalsysteme 41 in dem inneren Magnetrotor 17 eingebracht werden können. Die Mittelachsen jeweils benachbarter Verbindungsbohrungen 42 stehen jeweils senkrecht (90°) aufeinander.
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Der Schmiermediumstrom 36 wird in zwei Schmierteilströme 48 und 49 aufgeteilt. Der erste Schmierteilstrom 48 strömt durch die laufradferne Schmiernut 11 um das laufradferne Axiallagerelement 8b in das erfindungsgemäße Kanalsystem 41 und von hier durch die Verbindungsbohrung 42 direkt in die Durchgangsbohrung 26 der Welle 2.
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In die Durchgangsbohrung 26 gelangt auch der in den Druckraum 23 geführte Kühlmediumstrom 34 bzw. 37, so dass dieser sich mit dem ersten Schmierteilstrom 48, welcher mit dem Teilstrom 38 über den Mediumspalt 19 in dem erfindungsgemäßen Kanalsystem 42 vermischt wurde, in der Durchgangsbohrung 26 vermischt. Dieser vermischte Mediumstrom 50 wird durch die Durchgangsbohrung 26 in Richtung des Laufrades 3 geleitet.
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Zielführend ist dabei, dass eine Vermischung des Kühlmediumstromes 34 und des ersten Schmierteilstromes 48 erst in der Durchgangsbohrung 26 der Welle 2 auftreten kann, wobei eine Vermischung in dem Druckraum 23 ausgeschlossen ist, so dass auch ein Zuführen von erwärmten Kühlmediumstrom zum laufradfernen Gleitlager 4b in jedem Falle vermieden ist.
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Zur Erhöhung des Druckes im gesamten Gleitlagerbereich ist in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die laufradnahe Schmiernut 9 konisch ausgeführt ist. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass sich die laufradnahe Schmiernut 9 von ihrer zur Schmiertasche 16 orientierten Eingangsseite zur gegenüber liegenden Austrittseite in seinem lichten Durchmesser konisch verjüngt, wobei lediglich die Lagerbuchse 7a (laufradnah) an ihrer Oberfläche so bearbeitet ist, dass sich der konische Verlauf der laufradnahen Schmiernut 9 ergibt. Der Schmierteilstrom 49 vermischt sich mit dem aus der Welle 2 herausgeführten Mediumstrom 50, zu einem Gesamtstrom 51, welcher dem Laufrad 3 zugeführt wird.
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Der Mediumdruck am Austritt aus der laufradfernen Schmiernut 11 ist direkt abhängig von der Einspeisemenge des Mediums in die Sammeltasche 31. Bei zunehmender Einspeisemenge in die Sammeltasche 31 erhöht sich der Staudruck an der laufradnahen Stirnseite 32 des inneren Magnetrotors 17, was zu einer Reduzierung des Axialschubes zur Saugseite führt, wodurch die laufradferne Lagerscheibe 8 entlastet wird.
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Wie bereits angeführt, teilt sich die eingespeiste Menge in der Sammeltasche 31 in den Kühlmediumstrom 34 bzw. in die Teilströme 37 und 38 und den Schmiermediumstrom 36 auf. Beispielhaft weist der stirnseitige Druck auf die Stirnseite 32 einen Betrag von 80% des Förderuckes der Magnetkupplungspumpe 1 auf. Von dem Kühlmediumstrom 34 strömt ein Teil (Teilstrom 37), beispielsweise 65% durch den Kühlspalt 24, wobei der andere Teil, z. B. 35% (Teilstrom 38) durch den Mediumspalt 19 zum Kanalsystem 41 strömt. Hinzuweisen ist darauf, dass hier lediglich prozentuale Beträge des Kühlmediumstromes 34, also der beiden Teilströme 37 und 38 angegeben sind, wobei der Teilstrom 38 nicht unbedingt ein Kühlen oder ein Schmieren bewirken muss, sondern lediglich ein Leckagestrom ist. Selbstverständlich ist im Sinne der Erfindung, dass der Kühlmediumstrom 34, also die Summe des Teilstroms 37 und des Teilstromes 38 ebenfalls nur einem prozentualen Betrag der, der Sammeltasche 31 zugeführten Menge entspricht. So kann sich ergeben, dass bei einer Gesamteinspeisemenge in die Sammeltasche 31 von 100% beispielsweise 10–40%, bevorzugt 20–30%, weiter bevorzugt 25% der Gesamteinspeisemenge als Schmiermediumstrom 36 durch die Bohrung 39 zur Schmiertasche 16 gelangen, wobei der Kühlmediumstrom 34, also die beiden Teilströme 37 und 38 zusammen beispielsweise einem Betrag von 90–60%, bevorzugt 80–70% weiter bevorzugt 75% der Gesamteinspeisemenge in die Sammeltasche 31 entsprechen.
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Zur Reduzierung des Teilstrombetrages, welcher durch den Mediumspalt 19 strömt (Pfeil 34, 38), kann dieser in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein Strömungsveränderungselement 52, bevorzugt ein Drosselelement in der beispielhaften Ausgestaltung als Labyrinth 52 aufweisen, so dass sich der Betrag des Teilstromes 38 welcher durch den Mediumspalt 19 strömt um beispielhaft 10–30% beispielsweise um 20% reduziert, wobei gleichzeitig der Betrag des Kühlmediumstromes 34 durch den Kühlspalt 24 um beispielhaft 10–30% beispielsweise um 20% erhöht wird. Dadurch wird gleichzeitig der stirnseitige Druck auf die laufradnahe Stirnseite 32 des inneren Magnetrotors 17 erhöht, wodurch der Druck am Austritt des Mediumspaltes 19 reduziert wird, so dass der erste Schmierteilstrom 48 zur Schmierung des laufradfernen Gleitlagers 11 in einen niedrigen Druckbereich zwangsgeführt wird. Mit Erhöhung des auf die laufradnahe Stirnseite 32 wirkenden stirnseitigen Druckes wird der Kühlmediumstrom 34 bzw. 37 vom Betrag her erhöht, so dass beispielsweise bei leichtsiedenden Medien der Wärmeeintrag in den Kühlmediumstrom 34 bzw. 37 durch den größeren tangentialen Durchfluss reduziert wird, wobei zudem noch der Axialschub der Magnetkupplungspumpe 1 besser kontrolliert werden kann, da die laufradferne Lagerscheibe 8b entlastet wird. Das Drosselelement 52 könnte auch als Fördergewinde ausgeführt sein. Zielführend ist, wenn das Drosselelement 52 in dem nicht rotierenden Bauteil angeordnet ist. Das als Labyrinth 52 ausgeführte Drosselelement 52 weist in Axialrichtung gesehen zueinander beabstandete Nuten 54 auf, welche in die betreffende Oberfläche bevorzugt des Lagergehäuses 12 angeordnet bzw. eingebracht sind. Lediglich beispielhaft sind vier aufeinander folgende Nuten 54 vorgesehen, wobei der Teilstrom 38 verwirbelt wird, was sich auf eine Reduzierung der Durchströmmenge auswirkt. Dies ist in 2 mittels der kleineren Pfeile oberhalb der Nuten 54 angedeutet. Das Drosselelement 52 bewirkt eine Druckerhöhung am Eingang des Mediumspaltes 19 und eine Druckreduzierung am gegenüberliegenden Ausgang des Mediumspaltes 19. Durch die eingangsseitige Druckerhöhung am Mediumspalt 19 wird auch der stirnseitige Druck an der laufradnahen Stirnseite 32 des inneren Magnetrotors 17 erhöht. Natürlich können auch mehr oder weniger als die beispielhaft gezeigten vier Nuten vorgesehen sein.
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Mit der Erfindung wird eine Teilstromführung in Magnetkupplungspumpen erreicht, mit welcher stets eine Kühlung und Schmierung sichergestellt ist. Dabei wird insbesondere für den ersten Schmierteilstrom 48 ein Strömungsweg entlang des Kanalsystems 41 und der Verbindungsbohrung 42 direkt in die Welle 2 bzw. in deren Durchgangsbohrung 26 zur Verfügung gestellt, wobei ein Einleiten jedes Schmierteilstromes in den Druckraum 23 des Spalttopfes 22 vermieden ist. Dadurch wird gleichzeitig eine direkte Verbindung des Druckraums 23 zum laufradfernen Gleitlager 4b ausgeschlossen, so dass auch ein Eindringen von erwärmtem Medium in das laufradferne Gleitlager 4b vermieden ist. Das an der Stelle höchsten Druckes 27 entnommene Medium wird hinter das Laufrad 3 zurückgeführt (Gesamtstrom 51), wobei ein Verdampfen des Mediums in der Magnetkupplungspumpe durch die vorteilhafte Drucküberlagerung verhindert wird. Durch Ausgleichsbohrungen 53 im Laufrad 3, bevorzugt an einer Stelle höheren Druckes wird der entnommene Mediumstrom in die Beschaufelung des Laufrades 3 zurückgeführt.
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Die Teilstromführung der beispielhaften Magnetkupplungspumpe 1 weist folgenden Strömungsweg auf:
An einer Stelle höchsten Druckes wird Fördermedium entnommen und zu der Sammeltasche 31 geführt. Aus der Sammeltasche 31 gelangt der Schmiermediumstrom in die Schmiertasche 16, wobei die Teilströme 37 und 38 einerseits durch den Kühlspalt 24 in den Druckraum 23 und andererseits durch den Mediumspalt 19 in Richtung zum zumindest einen Kanalsystem 41 geführt werden. Der Schmiermediumstrom wird in zwei Teilströme 48 und 49 aufgeteilt, von denen der erste Teilstrom 48 durch die laufradferne Schmiernut 11 in Richtung zum erfindungsgemäßen Kanalsystem 41 geführt wird. In dem Kanalsystem 41 vermischen sich die beiden Ströme 48 und 38 und werden über die Verbindungsbohrung 42 in die Durchgangsbohrung 26 der Welle 2 geleitet. Erst hier wird ein Vermischen der Ströme 38 und 48 mit dem Kühlmediumstrom 34 bzw. 37 zugelassen. Der Gesamtstrom 50 strömt durch die Welle 2 hindurch in Richtung zum Laufrad 3, und vermischt sich mit dem zweiten Schmierteilstrom 48, welcher durch die konisch ausgeführte laufradnahe Schmiernut 9 strömt. Der entnommene Fördermediumstrom zum Kühlen und schmieren wird so zurückgeführt, wobei natürlich geringe Verluste zu erwarten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetkupplungspumpe
- 2
- Pumpenwelle
- 3
- Laufrad
- 4
- Hydrodynamisches Gleitlager
- 5
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- 6
- Lagerhülse
- 7
- Lagerbuchse
- 8
- Axiallagerelement
- 9
- Schmiernut (laufradnah)
- 10
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- 11
- Schmiernut (laufradfern)
- 12
- Lagergehäuse
- 13
- Fortsatz
- 14
- Distanzhülse
- 15
-
- 16
- Schmiertasche
- 17
- Erstes Treibelement
- 18
- Trägeranlaufzone
- 19
- Mediumspalt
- 20
-
- 21
- Zweites Treibelement
- 22
- Spalttopf
- 23
- Druckraum
- 24
- Kühlspalt
- 25
-
- 26
- Durchgangsbohrung
- 27
- Stelle höchsten Druckes
- 28
- Bohrung
- 29
- Gehäusedeckel
- 30
-
- 31
- Sammeltasche
- 32
- Laufradnahe Stirnseite von 17
- 33
- Mediumstrom
- 34
- Kühlmediumstrom
- 35
-
- 36
- Schmiermediumstrom
- 37
- Teilstrom von 34 durch 24
- 38
- Teilstrom von 34 durch 19
- 39
- Bohrung
- 40
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- 41
- Kanalsystem
- 42
- Verbindungsbohrung
- 43
- Erster Kanalabschnitt von 41
- 44
- Zweiter Kanalabschnitt von 41
- 45
-
- 46
- Erster Teilabschnitt von 44
- 47
- Zweiter Teilabschnitt von 44/Endabschnitt von 44
- 48
- Erster Schmierteilstrom durch 11
- 49
- Zweiter Schmierteilstrom durch 9
- 50
- Herausgeführter Mediumstrom
- 51
- Gesamtstrom
- 52
- Strömungsveränderungselement/Drosselelement
- 53
- Ausgleichsbohrung
- 54
- Nuten von 52
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009022916 A1 [0002]
- EP 0814275 B1 [0003, 0003, 0004, 0004]
